引言

碳化硅（SiC）MOSFET在電源和電力電子領(lǐng)域的應(yīng)用越來越廣泛。隨著功率半導(dǎo)體領(lǐng)域的發(fā)展，開關(guān)損耗也在不斷降低。隨著開關(guān)速度的不斷提高，設(shè)計(jì)人員應(yīng)更加關(guān)注MOSFET的柵極驅(qū)動(dòng)電路，確保對(duì)MOSFET的安全控制，防止寄生導(dǎo)通，避免損壞功率半導(dǎo)體。必須保護(hù)敏感的MOSFET柵極結(jié)構(gòu)免受過高電壓的影響。Littelfuse提供高效的保護(hù)解決方案，有助于最大限度地延長(zhǎng)電源的使用壽命、可靠性和魯棒性。

1柵極驅(qū)動(dòng)器設(shè)計(jì)措施

關(guān)于SiC-MOSFET驅(qū)動(dòng)器電路的穩(wěn)健性，有幾個(gè)問題值得考慮。除了驅(qū)動(dòng)器安全切換半導(dǎo)體的主要任務(wù)外，各種驅(qū)動(dòng)器還提供短路保護(hù)功能。此外，采用適當(dāng)?shù)脑O(shè)計(jì)措施（如在關(guān)斷狀態(tài)下施加負(fù)柵極電壓）來防止寄生開關(guān)是至關(guān)重要的。負(fù)柵極電壓可確保增加MOSFET柵極閾值電壓的偏移量，并提高開關(guān)單元對(duì)電壓斜坡的抗擾度。另一項(xiàng)強(qiáng)制性措施是保護(hù)MOSFET的柵極，防止靜電放電 (ESD)事件或電路中的寄生效應(yīng)造成過壓浪涌。 硅基功率半導(dǎo)體，如Si-IGBT和Si-MOSFET通常具有對(duì)稱的柵極額定電壓。這種額定值允許使用對(duì)稱TVS二極管進(jìn)行柵極保護(hù)，但這是不必要的，因?yàn)楣钖艠O電壓的最大額定值足以高于應(yīng)用的驅(qū)動(dòng)電壓。與硅器件不同，SiC-MOSFET的負(fù)柵極電壓額定值通常明顯低于正柵極電壓額定值。因此，使用兩個(gè)獨(dú)立的TVS二極管（如圖1所示）進(jìn)行非對(duì)稱保護(hù)是很常見的。Littelfuse現(xiàn)在提供SMFA型集成式非對(duì)稱雙向TVS二極管。這種解決方案有助于有效減少寄生效應(yīng)和PCB面積，尤其是在快速開關(guān)SiC應(yīng)用中。

圖1 使用兩個(gè)獨(dú)立TVS二極管的標(biāo)準(zhǔn)柵極保護(hù)與一個(gè)集成非對(duì)稱SMFA型TVS二極管的對(duì)比

2產(chǎn)品選擇

Littelfuse SMFA非對(duì)稱系列TVS二極管可保護(hù)SiC-MOSFET柵極免受正向和負(fù)向過電壓浪涌的影響。根據(jù)所需的SiC-MOSFET最大柵極額定電壓，SMFA封裝可從17.6~23.4 V的正擊穿電壓中選擇，同時(shí)負(fù)向擊穿電壓被設(shè)置在7.15V。有關(guān)元件的詳細(xì)信息，請(qǐng)參見表1。SMFA非對(duì)稱TVS根據(jù)IEC 61000-4-2標(biāo)準(zhǔn)進(jìn)行測(cè)試，采用SOD-123FL扁平封裝。 表1 SMFA系列產(chǎn)品組合

圖2顯示了SMFA型非對(duì)稱TVS二極管的靜態(tài)和動(dòng)態(tài)箝位性能。出于測(cè)試目的，提高了驅(qū)動(dòng)器電壓以顯示TVS二極管的動(dòng)態(tài)箝位。SMFATVS二極管不適合永久限制過高的驅(qū)動(dòng)器電壓。

圖2 SMFA型集成非對(duì)稱TVS二極管的鉗位特性

3結(jié)論

憑借新型集成非對(duì)稱TVS SMFA系列，Littelfuse提供了一種創(chuàng)新的解決方案，可最大限度地提高SiC MOSFET柵極驅(qū)動(dòng)器電路的穩(wěn)健性，同時(shí)實(shí)現(xiàn)具有成本效益、所需PCB空間更小、寄生效應(yīng)最小的設(shè)計(jì)。